IT202100004091A1 - Metodo per asportare le pellicole protettive da tessuti compositi preimpregnati allo stato non curato e relativo dispositivo. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per invenzione industriale dal titolo:

?Metodo per asportare le pellicole protettive da tessuti compositi preimpregnati allo stato non curato e relativo dispositivo?

Campo di applicazione dell?invenzione

La presente invenzione riguarda il settore della lavorazione di materiali compositi fibrorinforzati "pre-impregnati" aventi una matrice polimerica e una carica. Pi? specificamente la presente invenzione riguarda un metodo per il riciclaggio meccanico degli sfridi allo stato vergine derivanti da processi di taglio di dime di tessuti preimpregnati di materiale composito (prepreg).

Stato della tecnica

Allo stato dell?arte ? noto che in seguito ad un processo di taglio di materiali preimpregnati, la quantit? di scarti che si produce ? elevata. Detti scarti fino ad ora sono stati trattati come rifiuti speciali e quindi sono stati smaltiti con procedure specifiche comportando un aggravio sui costi di lavorazione. Solo recentemente sono emersi dei metodi per il riuso degli scarti in sfrido di prepreg ma tali metodologie comportano la realizzazione di un prodotto finito in forma di foglio ricomposto, proveniente da un trinciato di prepreg non spellicolato, ed interposto tra due pellicole protettive. Detto foglio che si ottiene pu? essere usato solamente in processi di laminazione e non in processi di stampaggio e di pirolisi. In queste due ultime tipologie di processi, la presenza della pellicola di prepreg comporterebbe la formazione di problemi di interfaccia generando scollamenti e/o delaminazioni.

Inoltre il procedere ad una eventuale eliminazione delle pellicole manuale comporterebbe un elevato aumento dei costi e la richiesta di personale addetto a questa specifica mansione.

Sommario dell?invenzione

L?idea di base della presente soluzione tecnica ? quella di combinare una fase di raffreddamento del materiale composito in modo che la matrice polimerica perda appiccicosit?, e.g. diminuisca il proprio valore di tack, e successivamente o contemporaneamente sia sottoposta a un?azione turbolenta causata da uno o pi? getti di un gas in pressione, e.g. aria, oppure un?azione meccanica di piegatura automatica ripetuta, in modo da promuovere la separazione della pellicola dalla matrice.

Il prodotto riciclato che si ottiene potr? essere riutilizzato per la produzione di componenti per:

- l?industria automobilistica, ad esempio dischi freno o altri materiali ceramici in sostituzione della fibra vergine di carbonio,

- la produzione di dispositivi di protezione individuale, come ad esempio puntali di scarpe,

- la fabbricazione di componenti estetici di un veicolo come ad esempio nervature di rinforzo per cappe e parti in carbon look.

L?invenzione trova inoltre applicazione anche in applicazioni di primo impiego del materiale composito, ad esempio quando occorra togliere la pellicola protettiva a porzioni tagliate da un foglio ricavato da un rotolo di larghezza di 600-1500 mm, che si svolge in continuo su una macchina di taglio.

Breve descrizione delle figure

Ulteriori scopi e vantaggi della presente invenzione risulteranno chiari dalla descrizione particolareggiata che segue di un esempio di realizzazione della stessa (e di sue varianti) e dai disegni annessi dati a puro titolo esplicativo e non limitativo, in cui:

- la Fig. 1 mostra in un diagramma di flusso le fasi del metodo secondo la presente invenzione;

- la Fig. 2A mostra in vista laterale una macchina da taglio secondo la presente invenzione;

- la Fig. 2B mostra in vista laterale la macchina da taglio di Fig. 2A priva del telaio esterno;

- la Fig. 2C mostra secondo una ulteriore vista laterale la macchina da taglio di Fig. 2A;

- la Fig. 2D mostra in vista dall?alto la macchina da taglio di Fig. 2A;

- la Fig. 2E mostra in vista assonometrica la macchina da taglio di Fig. 2A;

- la Fig. 3A mostra in vista assonometrica una macchina spellicolatrice secondo la presente invenzione;

- la Fig. 3B mostra in vista assonometrica sezionata la macchina spellicolatrice di Fig. 3A;

- la Fig. 3C mostra in vista prospettica un assieme componibile di una ogiva centrale e degli ugelli della macchina spellicolatrice di Fig. 3A;

- la Fig. 3D mostra in vista assonometrica gli ugelli di espulsione dell?aria compressa della macchina spellicolatrice di Fig. 3A;

- la Fig. 4 illustra una vista prospettica di una macchina spellicolatrice secondo un?ulteriore variante realizzativa. Gli stessi numeri e le stesse lettere di riferimento nelle figure identificano gli stessi elementi o componenti.

Gli elementi e le caratteristiche illustrate nelle diverse forme di realizzazione preferite, inclusi i disegni, possono essere combinati tra loro senza peraltro uscire dall?ambito di protezione della presente domanda come descritta di seguito.

Descrizione di dettaglio di esempi di realizzazione

Al termine del processo di taglio dei fogli di prepreg, gli sfridi possono presentarsi sia collegati fra loro sia sciolti, talvolta anche sovrapposti e con forme e dimensioni differenti e dotati di un film plastico protettivo.

Secondo il metodo dell?invenzione, prima di tutto bisogna procedere con la separazione in loco della cimosa priva di resina dal resto del foglio, essendo detta cimosa materiale non interessato al processo di riuso degli sfridi e non separabile in modo automatizzato successivamente. La cimosa costituir? quindi a tutti gli effetti materiale di scarto e non riutilizzabile.

Per consentire un corretto processamento, gli sfridi, ricavati da una operazione di taglio di un foglio prepreg, sono separati per tipologia di rinforzo, dimensioni delle fibre, grammatura, tessitura, matrice e data di produzione, successivamente imbustati ed etichettati, in modo da essere facilmente identificabili.

Le buste dovranno poi essere stoccate ad una temperatura di ?20?C sino al momento della consegna al centro di recupero. I preimpregnati termoindurenti, come noto, mantengono la loro lavorabilit? a temperatura ambiente, considerando come temperatura ambiente una temperatura di 20?C, per circa 30 giorni, prima che la resina inizi il processo di reticolazione. Ci? ? dovuto al fatto che la velocit? del processo di reticolazione della matrice polimerica aumenta con l?aumentare della temperatura.

Pertanto, al fine di conservare gli sfridi dei prepreg per un periodo utile maggiore senza che la matrice inizi il processo di reticolazione, questi vanno stoccati a temperatura inferiore alla temperatura di transizione vetrosa che per il caso specifico ? di circa ?18?C. In questo modo il periodo utile di conservazione si allunga fino a circa 12 mesi.

Pertanto, ai fini di un corretto stoccaggio del materiale ? necessario conoscere la tipologia di materiale polimerico preimpregnato in modo da conoscere l?esatta temperatura di transizione vetrosa in modo tale che sia stoccato nella maniera corretta.

La prima fase da affrontare nel recupero del materiale ? quella della separazione del materiale sovrapposto o agglomerato e l?eliminazione della pellicola usata per il taglio.

Gli sfridi di prepreg per poter essere utilizzati in maniera agevole per ogni uso descritto sopra dovranno avere una forma con dimensione del lato compresa nell?intervallo di 10 ? 50 mm, preferibilmente con lato inferiore a 30 mm e ancora pi? preferibilmente di forma rettangolare di dimensioni 22,5x12mm.

Le macchine di lavorazione all?interno della cella di trattamento sono:

? macchina da taglio prepreg

? congelatore

? spellicolatrice contenuta all?interno del congelatore ? sistema di aspirazione e refrigerazione aria.

Facendo riferimento preferibilmente al layout di FIG. 1, le fasi del metodo secondo la presente invenzione sono:

FASE 1. i ritagli provenienti dall?impianto di stoccaggio, nel quale vengono mantenuti ad una temperatura inferiore alla temperatura di transizione vetrosa, dopo che si sono decongelati, vengono inseriti all?interno di una stazione di taglio degli sfridi all?interno della quale vengono tagliati in ritagli, definiti anche chips, di forma quanto pi? regolare possibile, contenuta all?interno di una sagoma di lato di dimensioni comprese tra 10 ? 50 mm;

FASE 2: allineamento dei ritagli in posizione ortogonale al primo taglio su di un nastro trasportatore;

FASE 3: esecuzione di un secondo taglio, ortogonale al primo e ottenimento di chips delle dimensioni volute (possibili combinazioni base 12 x12 mm - 22.5 x 22.5 mm ? 22.5 x12 mm ed eventuali multipli)

FASE 4: separazione dei ritagli di dimensioni limitate attraverso nastri di vagliatura, i ritagli di dimensione pi? piccole cadono in una intercapedine lasciata tra un nastro e l?altro;

FASE 5: congelamento delle chips;

FASE 6: dosaggio delle chips;

FASE 7: caricamento delle chips in una macchina spellicolatrice e aggiunta del talco;

FASE 8: passaggio in un separatore ad aria per l?eliminazione delle eventuali pellicole distaccate ma non aspirate;

FASE 9: distribuzione su di un nastro trasportatore e controllo ottico per verificare, mediante un rilevamento di differenza cromatica tra chips e pellicole protettive e.g. tramite algoritmi di imaging, la presenza di eventuali chips non spellicolate;

FASE 10 (non illustrata) rimozione delle chips non spellicolate ad esempio tramite un getto d?aria;

FASE 11: invio del materiale spellicolato ad una confezionatrice verticale;

FASE 12: inscatolamento e stoccaggio in freezer fino alla consegna al cliente finale.

Entrando nello specifico delle varie fasi, prendendo in considerazione le Figure 2A-2E la macchina da taglio 13 comprende:

- un telaio di supporto 14 composto da lamiere 15 sulle quali sono ricavate delle finestre laterali 16 per permettere l?osservazione dall?esterno del processo di taglio, individuare mal funzionamenti, consentire la rimozione delle chips tagliate ed accedere al blocco lame per la loro regolazione;

- due spalle distanziate da traverse con sezione rettangolare aventi la funzione di irrobustimento della struttura e prevenire lo svergolamento delle due spalle;

- un sistema di lame 17 montate su di una traversa e fissate su supporti regolabili che consentono di registrarne l?altezza rispetto alla superficie di taglio.

I ritagli di prepreg sono condotti all?interno del sistema di lame per mezzo di un nastro di taglio 18 che ? avvolto attorno a due pulegge:

- una motrice 19 sulla quale avverr? il taglio del prepreg - una condotta 20 con la quale si regoler? la tensione del nastro.

Ai fini dell?adesione dei ritagli di prepreg al nastro di taglio 18, detti ritagli saranno premuti contro detto nastro da un sistema di cinghie trapezoidali che scorrono su tre pulegge e formano un circuito chiuso di forma triangolare, in cui:

- una puleggia ? multipla motrice 21 con cave a profilo trapezoidale, sulla quale sono avvolte tutte le cinghie.

- una puleggia ? multipla folle 22 con profili trapezoidali

- una puleggia ? singola di tensionamento 23 per ciascuna cinghia formando due gruppi di tensionamento.

L?intero sistema ? motorizzato da un assieme motore -riduttore.

La trasmissione del moto, alla puleggia multipla motrice 21 del gruppo cinghie, avverr? direttamente attraverso l?albero motore calettato sul riduttore.

La sincronizzazione ? mantenuta tramite l?attrito delle cinghie. Secondo una forma di realizzazione che consente ridondanze, per sincronizzare il moto delle cinghie con quello del nastro di taglio 18, il moto alla puleggia motrice 19 del nastro sar? trasferito attraverso un sistema a catena di distribuzione con pignoni e corona formato da: un pignone motore 24, due pignoni dentati e una corona dentata a razze. Il pignone motore sar? calettato all?estremit? dell?albero collegato al motoriduttore e sul quale ? collettata anche puleggia multipla motrice 21 delle cinghie. Tale albero trasferir? quindi la coppia motrice all?intero sistema.

Il moto alla puleggia di movimentazione del nastro trasportatore sar? conferito tramite la corona dentata a razze, calettata sul suo asse di rotazione.

Il rapporto di trasmissione del sistema pignone?corona ? tale che la velocit? tangenziale del nastro trasportatore sulla puleggia motrice sia pari alla velocit? di avanzamento delle cinghie trapezoidali.

In questo modo i ritagli di prepreg sono condotti verso il blocco lame 17 senza slittamento tra la loro superficie superiore e quella inferiore, rimanendo cos? ben aderenti al nastro, massimizzando in tal modo l?efficienza del taglio e minimizzando possibili inceppamenti.

In uscita dalla macchina di taglio si ottengono dei ritagli di larghezza non superiore all?interasse delle lame e di lunghezza irregolare. Per ottenere chips di forma quadrata di 30mm*30mm si esegue un?altra operazione di taglio in direzione ortogonale a quella del primo taglio. I ritagli devono pertanto essere allineati sul nastro in modo tale che la direzione della loro lunghezza maggiore sia ortogonale a quella di avanzamento del taglio. Il taglio si effettua pertanto su due direzioni ortogonali ottenendo quindi delle chips con una geometria compresa all?interno di un quadrilatero. ;I chips, una volta superata la batteria delle lame per il taglio, cadono per gravit? ed escono dal lato inferiore della macchina. ;I chips in uscita dopo essere stati congelati, come da FASE 5, e dosati su bilance, come da FASE 6, vengono condotti all?interno di un refrigeratore all?interno del quale ? posta una macchina spellicolatrice pneumatica 60. In questa fase gioca un ruolo molto importante la temperatura che deve essere mantenuta al di sotto della temperatura dei 0?C e preferibilmente su valori prossimi a ? 18?C. In questo modo si aumenta la rigidit? dei ritagli di chips ed ? pi? agevole procedere con lo spellicolamento. ;Detta macchina 60 sfrutta l?agitazione meccanica del materiale per procedere allo spellicolamento senza maltrattare il tessuto di fibra e degradarne le propriet?. Pertanto, si ricorre all?aria compressa come mezzo di movimentazione. ;La macchina spellicolatrice pneumatica comprende: ;- un cilindro 61 di diametro compreso tra 200-350, preferibilmente tra 250-280 mm, ed una altezza di 600 mm in quanto ottimale per l?aspirazione delle pellicole e per un agevole posizionamento all?interno del congelatore; ;- una apertura 62 incernierata su di un lato in modo da agevolare la caduta del materiale trattato; ;- una chiusura 63 del cilindro, preferibilmente in policarbonato trasparente, per consentire di osservare il processo all?interno della macchina; ;- degli ugelli 64 per il soffiaggio dell?aria all?interno della macchina e posti alla base del cilindro stesso; l?ugello di uscita dell?aria ha una inclinazione di 3? verso l?alto e di 6? verso l?interno rispetto alla tangente al cilindro in sua corrispondenza. In questo modo si favorisce il rimescolamento delle chips; ;- una ogiva 65 comprendente due pezzi distinti: una base ed una sommit? che possono essere montati in due differenti configurazioni ruotandole di 60?. Si pu? creare quindi un flusso d?aria con un?angolazione di 70? rispetto alla direzione radiale, con rotazione oraria o antioraria e quindi rispettivamente concorde o discorde a quella imposta dagli ugelli montati sulla parete. ;- piedi 66 in acciaio su cui ? montata la macchina che consentono la completa apertura del fondo per lo scarico del materiale. ;All?interno della spellicolatrice 60 viene inserita una piccola quantit? chips che viene messa in rapida rotazione dall?azione dell?aria compressa in uscita dagli ugelli 64. La rotazione e le forze aerodinamiche separano le pellicole protettive dal prepreg facendo s? che le pellicole vengono sospinte dall?aria verso la sommit? del tubo dove vengono con il tubo di aspirazione risucchiate per mezzo di un sistema di aspirazione costituito da una pompa a vuoto. ;Dopo vari test si ? verificato che la quantit? ottimale di chips da inserire all?interno della spellicolatrice ? di 140/150 gr, di dimensione massima 50mm * 50mm e che servono 30/40 sec con una pressione dell?aria di ingresso di 6-8 bar e portata di 40 litri/sec per spellicolare in maniera adeguata. L?aspiratore invece ha una portata di 60 litri/sec. L?elevato volume di aria aspirata, con il conseguente richiamo di aria pi? calda dall?esterno potrebbe comportare una variazione di temperatura all?interno della macchina spellicolatrice. Per limitare al massimo tale problematica il condotto di adduzione dell?aria esterna ? collegato con uno scambiatore di calore a piastre, all?interno del quale l?aria seguendo un percorso obbligato ridurr? la propria temperatura, fino a valori accettabili per esecuzione della lavorazione.

Durante la stessa fase di spellicolatura ? possibile addizionare del talco o altro materiale lubrificante e/o inerte in polvere alle chips, eliminando cos? la necessit? di predisporre una successiva stazione di talcatura. Il talco viene distribuito uniformemente sul prepreg spellicolato dal vortice di aria compressa.

La figura 4 illustra una variante realizzativa di un dispositivo per asportare la pellicola protettiva adatto per dimensioni relativamente elevate dell?elemento a cui asportare la pellicola. Occorre notare che la modalit? tramite aria compressa ? particolarmente adatta a elementi prepreg con una dimensione caratteristica massima e.g. diametro o lato maggiore, di circa la met? della dimensione trasversale massima del cilindro 61, che pu? avere anche un?altra forma. In particolare, il dispositivo comprende almeno una coppia di rulli sagomati ingrananti sincronizzati e aventi un opportuno interstizio allo scopo di ricevere almeno una chips precedentemente raffreddata. Le piegature indotte automaticamente nella chips durante il passaggio nell?interstizio mentre i rulli sono in rotazione, delamina i.e. separa la pellicola dalla matrice. Secondo la forma realizzativa non limitativa illustrata in figura, i rulli sagomati comprendono una coppia di ruote dentate 70, 71 a contatto con le chips durante la spellicolatura.

Claims (9)

RIVENDICAZIONI

1. Metodo per trattare un materiale composito avente una matrice polimerica e una carica comprendente le seguenti fasi:

- ricevere elementi bidimensionali di materiale composito ricoperti di una pellicola protettiva

- portare detti elementi bidimensionali ad una temperatura inferiore agli 0?C per avvicinare o superare una temperatura di transizione vetrosa della matrice polimerica

- separare almeno parzialmente le pellicole protettive da detti elementi bidimensionali raffreddati tramite uno o pi? getti di gas compresso diretti verso gli elementi bidimensionali oppure tramite una piegatura automatica ripetuta degli elementi bidimensionali; e

- aspirare, per mezzo di un sistema di aspirazione forzata, le pellicole rimosse, che presentano una massa inferiore ai corrispondenti elementi bidimensionali.

2. Metodo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto che la temperatura ? sostanzialmente ? 18?C.

3. Metodo secondo le rivendicazioni 1-2 caratterizzato dal fatto che una prima portata di gas compresso ? inferiore a una portata di aspirazione della fase di aspirare in modo da creare una depressione durante l?asportazione delle pellicole protettive.

4. Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui la fase di separare comprende la fase di fornire il detto almeno un getto, rispetto a una direzione tangenziale, con un primo angolo diverso da zero verso l?interno e un secondo angolo diverso da zero verso l?alto.

5. Metodo secondo la rivendicazione 1 caratterizzato dal fatto di comprendere la fase di aggiungere una quantit? di un materiale lubrificante e/o inerte in polvere, preferibilmente a base di talco, per ostacolare agglomerati di elementi dopo l?asportazione delle pellicole.

6. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui la fase di separare comprende comandare alla rotazione almeno una coppia di rulli sagomati ingrananti e inserire fra le ruote l?elemento bidimensionale per ottenere la detta piegatura automatica ripetuta.

7. Metodo secondo la rivendicazione 6, in cui i rulli sagomati comprendono una coppia di ruote dentate (70, 71) contattanti l?elemento bidimensionale.

8. Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, caratterizzato dal fatto di comprendere una fase di verifica tramite un dispositivo ottico dopo la fase di asportare per individuare eventuali pellicole ancora aderenti alla matrice.

9. Metodo secondo una qualsiasi delle precedenti rivendicazioni, in cui la fase di ricevere ? preceduta da una fase di tagliare il materiale composito tramite lame affiancate (17) definenti una spaziatura trasversale e almeno un elemento flessibile (18) condotto in rotazione e tensionato per premere contro il materiale composito nella spaziatura durante l?azione delle lame (17).